浅谈LNG气化站与冷库联合使用的能源综合利用

赵佳

摘 要：LNG（液化天然气）是气态的天然气（甲烷）经压缩、冷却、节流形成的-162℃的常压、低温液体。按国内传统的液化工艺，均是以电为动力，压缩混合冷剂为其制冷。因此天然气液化需要大量的能量，LNG气化过程为相反过程，会放出大量的能量；而冷库为储存常温或者低温介质的场所，需要大量的冷量，因此把LNG气化站与冷库结合起来，能合理的调配能量，调整产业结构，达到节能减排的目的。

关键词：LNG气化；冷库；节能减排

传统的LNG气化站：储存的LNG经泵增压后，通过空温式汽化器升温然后经水浴式汽化器复热后调压、计量通过管道输送至下游用户。储罐内LNG蒸发气（BOG）经空温式换热器升温后进入压缩机，经压缩机增压后合并进入调压计量系统。

传统的冷库：冷库分为常温库、低温库和超低温库，目前国内的大部分冷库均是以电能为动力，把氨压缩，压缩后的氨在冷库中膨胀，为冷库提供冷量。

一、LNG气化站

由于天然气为清洁能源，燃烧后的产物为二氧化碳和水对环境的污染小，因此近几年来，国家大力的推广天然气，大部分企业和居民原有燃煤、燃油锅炉都相继改成了燃气炉。但是目前大部分地方天然气管道均未敷设到位，因此需要LNG气化站来解决此问题。

LNG为常压、低温液体，1方LNG气化后大约为600方气体。使用时LNG需要重新转化为常温气体，温度由-162℃复温至常温，大量的冷能被释放出来，每吨LNG可产生（8.3-8.6）×105kJ的冷能[1]。1吨LNG气化为25℃的气体，理论上可利用的冷量为250KW.h[2]，目前LNG气化的工艺均是以空温式汽化器与水域式汽化器相结合的方式。此工艺，首先造成了能源的浪费；第二、目前国内空温式气化器气化效果不是太好，在一用一备的前提下，依然有大面积结冰的情况发生，这样会加重下游水浴式汽化器的负荷，水浴式汽化器一般都是电加热或者蒸汽加热，同样会增加此部分的能耗；第三、汽化器除冰过程中，需要用到蒸汽喷射升温；但是大部分的气化站都是以人工手动除冰的方式，有可能对汽化器造成损坏，汽化器内的低温液体可能会喷射到人身上，气体外泄后遇到明火很容易爆炸，引发重大安全事故。

二、冷库

冷库按其储存介质对温度的要求，分为高温库（0-10℃）、中温库（-18-0℃）、低温库（-35℃左右）和超低温库（-60℃左右），由于LNG的冷能品味较高，所以提供的冷能可以满足任何温度要求的冷库，目前冷库主要集中在沿海地区，主要为冷冻加工海鲜产品。目前国内的冷库一般都是以氨为冷媒，通过压缩机增压后进入冷库进行膨胀制冷，为冷库提供冷量。但是氨为介质的冷库有以下几方面的缺点：一，氨為乙类易燃、易爆介质，进入冷库后如果泄漏遇到明火很容易爆炸；二，氨具有毒性，泄漏后会对人员产生危害、对储存的介质产生污染，如果发生大规模的泄漏，储存的物品均需处理，不能继续食用；三，氨冷库需要设置大量的有毒气体探测仪，加大投资；四，氨的压缩需要压缩机以及配套的冷却塔，首先投资会比较高；其次，压缩机为动设备，噪音污染很严重，检修维护成本高。且自从天津冷库发生事故之后，国家对冷库制冷剂氨的使用量做了控制，且不允许氨直接进入冷库。

三、LNG气化站与冷库联合使用

1.联合使用的前提条件

由于LNG气化站需要把LNG进行气化，把LNG由-162℃的液体升温至25℃的气体，LNG的气化潜热为511kJ/kg，因此LNG的气化，可以提供大量的冷量；而冷库内的温度一般都为-60℃至5℃，需要外界提供大量的冷量。因此两者能有机的结合起来以达到节能的目的。

2.联合使用的方法

（1）已有冷库的节能改造

由于很多冷库已经建成，因此设备管路均已定型，LNG气化站与之联合使用的方式相对比较简单。可以用LNG提供的冷量与氨压缩机的循环水进行换热，取消冷却水塔；与出口的氨进行换热，降低氨进入冷库的温度。

（3）新建冷库的联合使用

新建的LNG气化站并且为新建的冷库，则可以统一综合考虑。对于LNG冷能回收技术目前国内已经有成熟的工艺，福建莆田LNG接收站成功把LNG冷能回收用于冷库。

3.冷库工艺

（1）联合使用的工艺

本文以中小型冷库为例，冷库温度由-60℃的金枪鱼冷藏库，-28℃的鱼虾冻结库，-18℃的鱼虾冷藏库至5℃的蔬菜冷藏库[3]，考虑到换热器的传热温差约8℃，即冷媒在这四个冷库中的蒸发温度分别为-69℃，-38℃，-28℃和-5℃：

由于氨的气化潜热为1373kJ/kg，压缩后进入冷库进行膨胀制冷，常用的制冷剂介质中基本没有哪个介质比氨更有优势，但是由于氨自身的易燃、有毒等特性以及天津爆炸后国家对冷库制冷剂的控制且氨不可以直接进入冷库换热。因此需要一种冷媒替换，且冷媒需要有以下特点：首先不能有爆炸和燃烧危险且无毒；第二、由于是和LNG换热，冷媒需不易凝固，凝固点温度不能比-162℃高太多；第三、容易购买，且价格相对低廉；第四、在发生相变时，能满足无常压沸点低于蒸发温度-69℃，且同时满足LNG-冷媒换热器的冷媒侧不会出现负压的情况。综合考虑，选择R23作为中间冷媒，R23的沸点为-82.1℃，凝固点为-155℃。[4]

由于LNG的温度为-162℃，气化需要大量的热量，因此可以用冷媒在冷箱中与LNG换热，低温的冷媒通过泵增压，依次经过-60℃的金枪鱼冷藏库，-28℃的鱼虾冻结库，-18℃的鱼虾冷藏，5℃的蔬菜冷藏库，复温的冷媒再次进冷箱换热。利用HYSYS软件对流程进行建模计算，分析不同流程在能耗方面的区别，图1冷库冷能全部来自LNG，图2为传统的电压缩工艺模型，冷库所需冷量完全由压缩机提供。建模过程中LNG气化器和换热器的压损设定为20KPa。

流程见图1：

图1 冷媒用于冷库HYSYS模型图

（2）传统工艺

传统工艺主要是以电为动力，主要的冷量采用相变提供，比如用的最多的為氨，氨经过压缩机压缩，再经冷却节流为冷库提供冷量。流程见图2：

由表1和表2可以看出，两种工艺提供给冷库的冷量功率均为227.38kW，但传统电压缩工艺需要耗电124.8kW，而利用LNG冷能的冷库制冷工艺泵仅需要0.16kW，大大节约了能耗。

（3）联合使用的意义

以小时供气量1400标方的LNG气化站为例，当地温度按10℃。气化量为1400Nm3/h，供气压力0.4MPa，需要的LNG量大约为1吨，温度由-162℃通过空温式汽化器和水浴式汽化器升温达到25℃，选用1用1备的2000Nm3/h的空温式气化器升温至0℃，再由水浴式汽化器升温至25℃，汽化器升温过程中释放的冷能大约为220kW，按传统的工艺，这部分冷能直接被空气带走，白白浪费。

跟冷库结合之后，如果用于-25℃的低温冷藏库，根据计算，可以给高4.2m，长50m，宽40m的冷库提供冷藏需要的冷量；如果用于加工库，按加工时间6小时计算，把肉类从30℃冷冻至-25℃，可以为100m2高4.2m的冷冻库提供充足的冷量。

跟冷库联合使用后，LNG气化站少了空温式汽化器的布置，减少了用地面积，节约了成本；同时冷库区域也省去了制冷压缩机，节约了电能。

结语：

1、LNG气化站与冷库的联合使用后，能达到能源的互补以及变废为宝的目的；

2、较之传统的冷库电压缩制冷工艺，LNG冷能用于冷库的制冷工艺可以大大节省电能，减少冷库的运行成本。

3、节省投资，缩短投资回收期。

参考文献

[1]吴集迎，马益民，陈仕清 LNG冷能用于冷库的系统设计及分析[J].集美大学学报：自然科学版，2010，15（1）：44-47

[2]王坤、顾安忠.LNG冷能利用技术及经济分析.天然气工业，2004；7

[3]徐维、于伟等.冷库设计规范 北京：中国计划出版社，2010

[4]黄美斌，林文胜，顾安忠.利用LNG冷能的低温冷库流程比较.制冷学报 第30卷 第4期

（作者单位：康泰斯（上海）化学工程有限公司）